專利名稱：直流電機(jī)角位移pid控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電機(jī)角位移系統(tǒng)和控制方法，特別涉及一種直流電
機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
直流電機(jī)角位移控制必須采用閉環(huán)控制才能獲得優(yōu)良的角位移控制性能。 只有對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行定性認(rèn)識(shí)才能決定設(shè)計(jì)什么樣的控制器，只有對(duì)被控對(duì)象 參數(shù)進(jìn)行定量識(shí)別才能對(duì)控制器參數(shù)準(zhǔn)確調(diào)整。目前，公知的現(xiàn)有技術(shù)中的控 制器，如應(yīng)用廣泛的PID (比例積分微分)控制器，并不是首先確定被控對(duì)象 參數(shù)，而是直接采用試湊法或經(jīng)驗(yàn)法調(diào)整控制器比例控制參數(shù)、積分控制參數(shù) 和微分控制參數(shù)。因此，控制器參數(shù)的調(diào)整比較盲目，直流電機(jī)角位移控制系 統(tǒng)的調(diào)試費(fèi)時(shí)費(fèi)力，角位移控制性能難以滿足要求，有些甚至根本無(wú)法對(duì)角位 移進(jìn)行控制。因此，直流電機(jī)角位移控制時(shí)，如何識(shí)別被控對(duì)象參數(shù)，則是現(xiàn) 有技術(shù)有待解決的問(wèn)題。
發(fā)明自容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提出一種直流電機(jī) 角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)方法。
本發(fā)明直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括控制器、功率驅(qū)動(dòng) 單元、直流電機(jī)及負(fù)載、角位移檢測(cè)傳感器，其中控制器由比較器、比例器、 積分器和微分器組成；比較器的輸出端分別與比例器的輸入端、積分器的輸入 端和微分器的輸入端連接，比例器的輸出端、積分器的輸出端和微分器的輸出 端與功率驅(qū)動(dòng)單元的輸入端連接，功率驅(qū)動(dòng)單元的輸出端與直流電機(jī)及負(fù)載的
輸入端連接，直流電機(jī)及負(fù)載的輸出端與角位移檢測(cè)傳感器的輸入端連接，角 位移檢測(cè)傳感器的輸出端與比較器的輸入端連接。
所述的直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，包括下列 步驟
1) 采用角位移檢測(cè)傳感器檢測(cè)直流電機(jī)及負(fù)載得到實(shí)際角位移信號(hào)；
2) 采用比較器接收所述實(shí)際角位移信號(hào)和給定的角位移指令信號(hào)輸出 誤差信號(hào)；
3) 采用比例器接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)比例器的控制參數(shù)/^ =^"，
為功率驅(qū)動(dòng)單元的最大輸出功率，0^,為線性范圍內(nèi)最大角位移值，輸出比例 控制信號(hào)；
4) 采用積分器接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)積分器的控制參數(shù) A =#^7^ ， I為負(fù)載等效慣量參數(shù)，輸出積分控制信號(hào)；
5) 采用微分器接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)微分器的控制參數(shù) 《D=V^-D， D為負(fù)載等效阻尼參數(shù)，輸出微分控制信號(hào)；
6) 采用功率驅(qū)動(dòng)單元接收所述比例控制信號(hào)、積分控制信號(hào)和微分控 制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電流；
7) 采用直流電機(jī)及負(fù)載接收所述驅(qū)動(dòng)電流帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行； 其中識(shí)別被控制對(duì)象的等效阻尼參數(shù)"和等效慣量參數(shù)/ ，包括如下步
驟
a. 將幅值為A/的階躍信號(hào)輸入到功率驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及負(fù)載 運(yùn)轉(zhuǎn)，由角位移檢測(cè)傳感器測(cè)量直流電機(jī)及負(fù)載角位移輸出信號(hào)，并記錄階躍 輸入信號(hào)和角位移輸出信號(hào)隨時(shí)間變化的過(guò)程；
b. 沿角位移輸出信號(hào)的直線段作一條直線/相交于時(shí)間軸；
c. 讀出直線/與時(shí)間軸相交時(shí)的時(shí)間值r;
d. 測(cè)量直線/的斜率尺；
e. 將階躍輸入信號(hào)幅值M除以直線/的斜率《，得到被控制對(duì)象等效阻 尼參數(shù)Z);
f. 將被控制對(duì)象等效阻尼參數(shù)D乘以時(shí)間值r，得到被控制對(duì)象等效慣 量參數(shù)/。
本發(fā)明在直流電機(jī)角位移控制設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)不僅可以節(jié)省精力和時(shí)間， 而且可獲得良好的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。


圖1:本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖； 圖2:本發(fā)明輸出階躍信號(hào)圖； 圖3:本發(fā)明輸出角位移信號(hào)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示。本發(fā)明直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括控制 器l、功率驅(qū)動(dòng)單元2、直流電機(jī)及負(fù)載3、角位移檢測(cè)傳感器4，其中控制器 1由比較器111、比例器112、積分器113和微分器114組成；比較器111的輸 出端分別與比例器112的輸入端、積分器113的輸入端和微分器114的輸入端 連接，比例器112的輸出端、積分器113的輸出端和微分器114的輸出端與功 率驅(qū)動(dòng)單元2的輸入端連接，功率驅(qū)動(dòng)單元2的輸出端與直流電機(jī)及負(fù)載3的 輸入端連接，直流電機(jī)及負(fù)載3的輸出端與角位移檢測(cè)傳感器4的輸入端連接， 角位移檢測(cè)傳感器4的輸出端與比較器111的輸入端連接。
結(jié)合圖l，圖2，圖3敘述本發(fā)明的直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié) 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法，包括下列步驟
1) 采用角位移檢測(cè)傳感器4檢測(cè)直流電機(jī)及負(fù)載3得到實(shí)際角位移信
號(hào)；
2) 采用比較器111接收所述實(shí)際角位移信號(hào)和給定的角位移指令信號(hào) 輸出誤差信號(hào)；
3) 采用比例器112接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)比例器112的控制參數(shù) ^=，" P^為功率驅(qū)動(dòng)單元2的最大輸出功率，0 ,為線性范圍內(nèi)最大角位 移值，輸出比例控制信號(hào)；
4) 采用積分器113接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)積分器113的控制參數(shù)
^-i^7i; ， I為負(fù)載等效慣量參數(shù)，輸出積分控制信號(hào)；
5) 采用微分器114接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)微分器114的控制參數(shù) 《D=V^7-D， D為負(fù)載等效阻尼參數(shù)，輸出微分控制信號(hào)；
6) 采用功率驅(qū)動(dòng)單元2接收所述比例控制信號(hào)、積分控制信號(hào)和微分
控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電流；
7) 采用直流電機(jī)及負(fù)載3接收所述驅(qū)動(dòng)電流帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行; 其中識(shí)別被控制對(duì)象的等效阻尼參數(shù)D和等效慣量參數(shù)/ ，包括如下步
識(shí)別被控制對(duì)象的等效阻尼參數(shù)D和等效慣量參數(shù)/ ,包括如下步驟
a. 將幅值為A/的階躍信號(hào)輸入到功率驅(qū)動(dòng)單元2，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及負(fù) 載3運(yùn)轉(zhuǎn)，由角位移檢測(cè)傳感器4測(cè)量直流電機(jī)及負(fù)載3角位移輸出信號(hào)，并 記錄階躍輸入信號(hào)和角位移輸出信號(hào)隨時(shí)間變化的過(guò)程；
b. 沿角位移輸出信號(hào)的直線段作一條直線/相交于時(shí)間軸；
c. 讀出直線/與時(shí)間軸相交時(shí)的時(shí)間值r;
6d. 測(cè)量直線/的斜率《；
e. 將階躍輸入信號(hào)幅值M除以直線/的斜率《，得到被控制對(duì)象等效阻
尼參數(shù)D;
f. 將被控制對(duì)象等效阻尼參數(shù)i 乘以時(shí)間值r，得到被控制對(duì)象等效慣
量參數(shù)/。
系統(tǒng)工作流程為比較器111將輸入角位移指令信號(hào)和從角位移檢測(cè)傳感 器4送來(lái)的角位移反饋信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生角位移誤差信號(hào)；比例器112把角 位移誤差信號(hào)乘以比例控制參數(shù)；積分器113對(duì)角位移誤差信號(hào)進(jìn)行積分并乘 以積分控制參數(shù);微分器114對(duì)角位移誤差信號(hào)進(jìn)行微分并乘以微分控制參數(shù); 加法器115將比例器112、積分器113和微分器114輸出信號(hào)相加送到功率驅(qū) 動(dòng)單元2;功率驅(qū)動(dòng)單元2根據(jù)控制器1輸出的控制信號(hào)，對(duì)直流電機(jī)及負(fù)載 3適時(shí)提供適當(dāng)?shù)哪芰浚怪绷麟姍C(jī)及負(fù)載3按照角位移指令信號(hào)達(dá)到所要求 的角位移；直流電機(jī)及負(fù)載3控制系統(tǒng)所要控制的對(duì)象并輸出角位移輸出信號(hào) 和角位移檢測(cè)傳感器4的接收信號(hào)；角位移檢測(cè)傳感器4檢測(cè)直流電機(jī)及負(fù)載 3的運(yùn)行角位移，作為角位移反饋信號(hào)發(fā)送到比較器lll。
權(quán)利要求
1. 一種直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于該調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器(1)、功率驅(qū)動(dòng)單元(2)、直流電機(jī)及負(fù)載(3)、角位移檢測(cè)傳感器(4)，其中控制器(1)由比較器(111)、比例器(112)、積分器(113)和微分器(114)組成；比較器(111)的輸出端分別與比例器(112)的輸入端、積分器(113)的輸入端和微分器(114)的輸入端連接，比例器(112)的輸出端、積分器(113)的輸出端和微分器(114)的輸出端分別與功率驅(qū)動(dòng)單元(2)的輸入端連接，功率驅(qū)動(dòng)單元(2)的輸出端與直流電機(jī)及負(fù)載(3)的輸入端連接，直流電機(jī)及負(fù)載(3)的輸出端與角位移檢測(cè)傳感器(4)的輸入端連接，角位移檢測(cè)傳感器(4)的輸出端與比較器(111)的輸入端連接。
2. —種基于權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的調(diào)節(jié)方法，其特征在于包括下列步驟1) 采用角位移檢測(cè)傳感器(4)檢測(cè)直流電機(jī)及負(fù)載(3)得到實(shí)際角 位移信號(hào)；2) 采用比較器(111)接收所述實(shí)際角位移信號(hào)和給定的角位移指令信 號(hào)輸出誤差信號(hào)；3) 采用比例器(112)接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)比例器(112)的控制 參數(shù)^-^l， p^為功率驅(qū)動(dòng)單元(2)的最大輸出功率，0^為線性范圍內(nèi)最大角位移值，輸出比例控制信號(hào)；4) 采用積分器(113)接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)積分器(113)的控制參數(shù)A-i^7, I為負(fù)載等效慣量參數(shù)，輸出積分控制信號(hào)；5) 采用微分器(114)接收所述誤差信號(hào)，調(diào)節(jié)微分器(114)的控制 參數(shù)^-V^7-D， D為負(fù)載等效阻尼參數(shù)，輸出微分控制信號(hào)；6) 采用功率驅(qū)動(dòng)單元(2)接收所述比例控制信號(hào)、積分控制信號(hào)和微 分控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電流；7) 采用直流電機(jī)及負(fù)載(3)接收所述驅(qū)動(dòng)電流帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行； 其中識(shí)別被控制對(duì)象的等效阻尼參數(shù)/)和等效慣量參數(shù)/ ，包括如下步a.將幅值為A/的階躍信號(hào)輸入到功率驅(qū)動(dòng)單元(2)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)及 負(fù)載(3)運(yùn)轉(zhuǎn)，由角位移檢測(cè)傳感器(4)測(cè)量直流電機(jī)及負(fù)載(3)角位移輸出信 號(hào)，并記錄階躍輸入信號(hào)和角位移輸出信號(hào)隨時(shí)間變化的過(guò)程；b. 沿角位移輸出信號(hào)的直線段作一條直線/相交于時(shí)間軸；c. 讀出直線/與時(shí)間軸相交時(shí)的時(shí)間值r;d. 測(cè)量直線/的斜率《；e. 將階躍輸入信號(hào)幅值M除以直線/的斜率《，得到被控制對(duì)象等效阻 尼參數(shù)Z);f. 將被控制對(duì)象等效阻尼參數(shù)D乘以時(shí)間值r，得到被控制對(duì)象等效慣 量參數(shù)/。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種直流電機(jī)角位移PID控制的參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)方法，屬直流電機(jī)控制領(lǐng)域。本發(fā)明調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器、功率驅(qū)動(dòng)單元、直流電機(jī)及負(fù)載、角位移檢測(cè)傳感器，其中控制器由比較器、比例器、積分器和微分器組成。本發(fā)明所述調(diào)節(jié)方法采用角位移傳感器檢測(cè)實(shí)際角位移信號(hào)，比較器接收所述實(shí)際角位移信號(hào)和給定的角位移指令信號(hào)輸出誤差信號(hào)；比例器接、積分器、微分器收誤差信號(hào)分別輸出比例控制信號(hào)、積分控制信號(hào)、微分控制信號(hào)；功率驅(qū)動(dòng)單元接收各控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)電流；直流電機(jī)及負(fù)載接收驅(qū)動(dòng)電流帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。本發(fā)明具有良好的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。
文檔編號(hào)G05D3/12GK101393423SQ20081019526
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者曾文火, 朱鵬程 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)